EP0195308B1 - Tail strut model balance for areodynamic studies of models in a wind tunnel - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a model rear handle mount for aerodynamic studies on models in the wind tunnel with a multi-part carrier, which has telescopically displaceably mounted parts on an arc, one of which is used to hold the model.
- a model rear handle mount for aerodynamic studies on models in the wind tunnel with a multi-part carrier, which has telescopically displaceably mounted parts on an arc, one of which is used to hold the model.
- a device is known from DE-OS-1 698 128.
- the model When performing aerodynamic tests on models in the wind tunnel, the model must be positioned relative to the wind tunnel and held during the measurement. Furthermore, the forces that occur on the model must be measured, which is usually done with a scale.
- the upper part of the carrier has at its end on the bearing side a trolley which runs with its rollers in arc-shaped rails arranged in a supporting frame.
- the parts of the carrier are adjusted against each other by a spindle drive driven by an electric motor. Due to its design and the use of the bearings described, the well-known model rear handle mount is not stiff enough for many applications.
- the bearing and drive play of the adjustment units also leads to misinterpretations of the position of the model in the wind tunnel on the one hand and of the forces and movements that occur on the other. For measurements in the wind tunnel, the model is excited to self-excited vibrations by detaching the flow.
- DE-OS-2 624 647 shows a device for measuring several force components, in which the model is held by a carrier.
- the carrier is mounted by means of hydraulic fluid bearings in such a way that the forces occurring due to the flow around the model are introduced via the carrier to force transducers. Again, neither a control process nor the application of anti-resonances is possible.
- the invention has for its object to develop a model rear handle mount of the type described above so that it is possible to transfer anti-resonances to the model, which are opposed to the self-excited vibrations on the model, so that ultimately the model of the model rear handle holder in Wind tunnel is kept calm or largely free of vibrations. In this way, static measurements should be made possible with as few errors as possible. On the other hand, it should also be possible to carry out dynamic measurements, in which a predetermined sequence of movements is impressed on the model above the model rear handle mount. In this way, maneuvers of aircraft, rockets or motor vehicles in the wind tunnel should be able to be carried out and measured.
- hydraulic rotary or linear cylinders are provided for the movement or adjustment of the individual parts of the carrier, in that the model is provided with a vibration sensor, to which an evaluation and control device and a control valve upstream of each cylinder for applying Antiresonances are assigned to the model, and that the parts of the carrier are supported on one another via hydraulic fluid bearings.
- the inventive design of the model rear handle mount makes it possible to maneuver properties of aircraft, rockets, motor vehicles and To simulate the greatest possible stiffness of the model rear handle mount in the wind tunnel.
- the movement sequences can thus be determined beforehand, so that they take place in a known manner during a maneuver.
- the motion sequences can also be carried out step by step.
- the hydraulic fluid bearings bring a significantly improved rigidity of the carrier. These bearings work practically free of play and wear and have a high setting accuracy.
- the oil cushion contained in the hydraulic fluid bearing prevents the transmission of structure-borne noise to the model. Structure-borne noise can also lead to incorrect measurement results via the measuring elements of the scale in the model and the aerodynamics of the model.
- a pressure source or a connection to a pressure source belongs to each hydraulic fluid bearing so that the cylinders in question can be actuated via the electro-hydraulic control valve, be it a linear cylinder or a rotary cylinder, depending on the movement involved.
- the invention is further described using an exemplary embodiment.
- the drawing shows a schematic representation of the model rear handle mount:
- Essential parts of the carrier are three parts 1, 2, 3, which are telescopically mounted one inside the other.
- Part 1 is immovably but rotatably mounted on a mounting plate 4 about a vertical axis.
- the bearing comprises a dovetail guide and a rotary cylinder 5.
- the receiving plate 4 is in turn mounted vertically on a base plate 6 with the help of columns 7.
- One or more linear cylinders 8 are provided for controlling the vertical movement.
- the parts described are guided and held by means of hydraulic fluid bearings 9 - each with special training - so that they can move against one another accordingly.
- Part 1 of the carrier can therefore only perform a rotary movement.
- part 2 is already slidably mounted in part 1 on a semicircular arch.
- a linear cylinder 10 is used, the piston rod of which extends through a slot in part 1 and is articulated on part 2.
- part 3 moves according to arrow 11. This movement can be controlled via a linear cylinder 12.
- a rear handle 13 is also rotatably supported by means of a hydraulic fluid bearing 9.
- a rotary cylinder 14 is provided for the rotary drive of the rear handle 13 relative to the part 3 of the carrier.
- the rear handle 13 can be rotated about its longitudinal axis, which corresponds to a rolling movement of the model 15, that is to say a movement according to arrow 16.
- the model 15 is fastened and suspended on the hot handle 13 with the interposition of a scale 17. It can be adjusted, positioned and adjusted in the various spatial directions.
- the angle of attack 18 is set or adjusted, which corresponds to a pitching movement according to arrow 19.
- An adjustment of the rotary cylinder 5 leads to the adjustment of the sliding angle 20, that is to say a yaw movement according to arrow 21.
- the height of the model is set according to arrow 22 via the linear cylinder 8.
- One or more vibration sensors 23 are arranged on the model 15 or in the model, which have the task of determining occurring and excited vibrations on the model as a result of the flow around the model.
- the measuring pulses are sent to an evaluation and control device 25 via a schematically illustrated line 24.
- This generally electronically designed device also has a connection 26 for a line brought in by a hydraulic source, a pump or the like. Hydraulic and electrical lines lead from the evaluation and control device 25 to control valves 27, of which only two are shown. It is understood that a control valve 27 is provided for each of the rotary cylinders 5, 14 and the linear cylinders 8, 10, 12.
- the relevant cylinders 5, 8, 10, 12, 14 are supplied or controlled with hydraulic fluid via corresponding lines 28.
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Modell-Heckstielhalterung für aerodynamische Untersuchungen an Modellen im Windkanal mit einem mehrteiligen Träger, der auf einem Kreisbogen teleskopartig verschiebbar gelagerte Teile aufweist, von denen eines zur Aufnahme des Modells dient. Ein solches Gerät ist aus der DE-OS-1 698 128 bekannt. Bei der Durchführung von aerodynamischen Untersuchungen an Modellen im Windkanal muß das Modell relativ zum Windkanal positioniert und während der Messung gehalten werden. Weiterhin müssen die am Modell auftretenden Kräfte gemessen werden, wozu in der Regel Waage dient.The invention relates to a model rear handle mount for aerodynamic studies on models in the wind tunnel with a multi-part carrier, which has telescopically displaceably mounted parts on an arc, one of which is used to hold the model. Such a device is known from DE-OS-1 698 128. When performing aerodynamic tests on models in the wind tunnel, the model must be positioned relative to the wind tunnel and held during the measurement. Furthermore, the forces that occur on the model must be measured, which is usually done with a scale.
Bei der aus der DE-OS-1 698 128 bekannten Heckstielhalterung weist der obere Teil des Trägers an seinem lagerseitigen Ende einen Wagen auf, der mit seinen Rollen in kreisbogenförmigen, in einem Tragrahmen angeordneten Schienen läuft. Dabei werden die Teile des Trägers gegeneinander durch einen von einem Elektromotor angetriebenen Spindeltrieb verstellt. Bedingt durch ihre Bauart und die Verwendung der beschriebenen Lager ist die bekannte Modell-Heckstielhalterung für viele Anwendungsfälle nicht steif genug. Auch das Lager-und Antriebsspiel der Verstelleinheiten führt zu Fehlinterpretationen der Lage des Modells im Windkanal einerseits sowie der auftretenden Kräfte und Bewegungen andererseits. Bei Messungen im Windkanal wird das Modell durch Ablösung der Strömung zu selbsterregten Schwingungen angeregt. Die geringe Steifigkeit des Trägers führt bei ungünstiger Anordnung zu einer Verstärkung dieser Schwingungen infolge Auftretens von Resonanzerscheinungen. Die Schwingungen des Modells wiederum stören den Verlauf der Umströmung des Modells im Windkanal. Hierdurch entsteht bei solchen aerodynamischen Untersuchungen ein Fehler unbekannter Größe. Bei ungünstigen Anordnungen kann der Fehler die gleiche Größenordnung wie das Meßergebnis aufweisen, so daß eine ordnungsgemäße, aussagekräftige Messung nicht mehr möglich ist. Mit der bekannten Modell-Heckstielhalterung ist es nicht möglich, statische Messungen an schwingungsfreien Modellen durchzuführen. Die Messungen können allenfalls als quasistatisch bezeichnet werden, wodurch die Meßergebnisse mit mehr oder weniger Fehlern behaftet sind. Ein Regelvorgang ist mit dieser Modell-Hecksteilhalterung nicht möglich.In the rear handle holder known from DE-OS-1 698 128, the upper part of the carrier has at its end on the bearing side a trolley which runs with its rollers in arc-shaped rails arranged in a supporting frame. The parts of the carrier are adjusted against each other by a spindle drive driven by an electric motor. Due to its design and the use of the bearings described, the well-known model rear handle mount is not stiff enough for many applications. The bearing and drive play of the adjustment units also leads to misinterpretations of the position of the model in the wind tunnel on the one hand and of the forces and movements that occur on the other. For measurements in the wind tunnel, the model is excited to self-excited vibrations by detaching the flow. In the case of an unfavorable arrangement, the low rigidity of the carrier leads to an intensification of these vibrations due to the occurrence of resonance phenomena. The vibrations of the model in turn disturb the flow around the model in the wind tunnel. This creates an error of unknown size in such aerodynamic investigations. In the case of unfavorable arrangements, the error can be of the same order of magnitude as the measurement result, so that a proper, meaningful measurement is no longer possible. With the known model rear handle mount, it is not possible to carry out static measurements on vibration-free models. The measurements can at best be called quasi-static, which means that the measurement results are more or less subject to errors. A control process is not possible with this model rear section bracket.
Weiterhin ist aus der Druckschrift Construction 1976 - 1980 M. Seidel, ed., Deutsch-Niederländischer Windkanal, Noordoostpolder, 1982 Seite 85 - 91 eine Modell-Heckstielhalterung bekannt, bei der servohydraulische Antriebe Verwendung finden. Die hydraulischen Antriebe dienen hauptsächlich der Bewältigung der beim Deutsch-Niederländischen Windkanal auftretenden, besonders großen Modellgewichte von max. 2 Tonnen in Verbindung mit der geforderten Genauigkeit. Mit dieser Modell-Heckstielhalterung ist weder das Aufbringen von Antiresonanzen noch ein Regelvorgang möglich, vielmehr ist lediglich eine Steuerung vorgesehen.Furthermore, from the publication Construction 1976-1980 M. Seidel, ed., German-Dutch wind tunnel, Noordoostpolder, 1982 page 85-91, a model rear handle mount is known, in which servo-hydraulic drives are used. The hydraulic drives are mainly used to cope with the particularly large model weights of max. 2 tons in connection with the required accuracy. With this model rear handle mount, neither the application of anti-resonances nor a control process is possible, rather only a control is provided.
Die DE-OS-2 624 647 zeigt eine Vorrichtung zum Messen mehrerer Kraftkomponenten, bei der das Modell von einem Träger gehalten wird. Der Träger ist mittels Druckflüssigkeitslager derart gelagert, daß die durch die Umströmung des Modells auftretenden Kräfte über den Träger auf Kraftaufnehmer eingeleitet werden. Auch hier ist wiederum weder ein Regelvorgang noch das Aufbringen von Antiresonanzen möglich.DE-OS-2 624 647 shows a device for measuring several force components, in which the model is held by a carrier. The carrier is mounted by means of hydraulic fluid bearings in such a way that the forces occurring due to the flow around the model are introduced via the carrier to force transducers. Again, neither a control process nor the application of anti-resonances is possible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Modell-Heckstielhalterung der eingangs beschriebenen Art so weiterzubilden, daß es möglich ist, Antiresonanzen auf das Modell zu übertragen, die den selbsterregten Schwingungen am Modell entgegengerichtet sind, so daß letztendlich das Modell von der Modell-Heckstielhalterung im Windkanal ruhig bzw. weitgehend schwingungsfrei gehalten wird. Auf diese Art und Weise sollen statische Messungen möglichst fehlerfrei ermöglicht werden. Andererseits sollen auch dynamische Messungen durchführbar sein, bei denen also dem Modell über der Modell-Heckstielhalterung ein vorgegebener Bewegungsablauf aufgeprägt wird. Auf diese Art und Weise sollen Manöver von Flugzeugen, Raketen oder Kraftfahrzeugen im Windkanal durchführbar und meßtechnisch erfaßbar werden.The invention has for its object to develop a model rear handle mount of the type described above so that it is possible to transfer anti-resonances to the model, which are opposed to the self-excited vibrations on the model, so that ultimately the model of the model rear handle holder in Wind tunnel is kept calm or largely free of vibrations. In this way, static measurements should be made possible with as few errors as possible. On the other hand, it should also be possible to carry out dynamic measurements, in which a predetermined sequence of movements is impressed on the model above the model rear handle mount. In this way, maneuvers of aircraft, rockets or motor vehicles in the wind tunnel should be able to be carried out and measured.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß für die Bewegung bzw. Einstellung der einzelnen Teile des Trägers hydraulische Dreh-oder Linearzylinder vorgesehen sind, daß das Modell mit einem Schwingungsaufnehmer versehen ist, dem eine Auswerte- und Steuereinrichtung sowie ein jedem Zylinder vorgeschaltetes Regelventil zur Aufbringung von Antiresonanzen auf das Modell zugeordnet sind, und daß die Teile des Trägers über Druckflüssigkeitslager aneinander gelagert sind.According to the invention, this is achieved in that hydraulic rotary or linear cylinders are provided for the movement or adjustment of the individual parts of the carrier, in that the model is provided with a vibration sensor, to which an evaluation and control device and a control valve upstream of each cylinder for applying Antiresonances are assigned to the model, and that the parts of the carrier are supported on one another via hydraulic fluid bearings.
Die Verwendung von Druckflüssigkeitslagern anstelle von Gleit- oder Rollenlagern erbringt eine wesentlich höhere Steifigkeit der Modell-Hecksteilhalterung, die erforderlich ist, um andererseits durch die aufgebrachten Antiresonanzen Modellruhe zu erzielen. Der Modell-Hecksteilhalterung werden über die hydraulischen Dreh- oder Linearzylinder exakt definierte Modellschwingungen aufgeprägt, die mit den durch die Umströmung aufgebrachten Schwingungen in Antiresonanz stehen, so daß sich das Modell letztlich ruhig einstellt. Auch die Messung von instationären Kräften wird hierdurch möglich. Es versteht sich, daß der Modell-Heckstielhalterung exakt definierte Modellschwingungen aufgeprägt werden. Die vorhandenen Möglichkeiten beinhalten Roll-, Nick-, Gier- und Senkschwingungen.The use of hydraulic fluid bearings instead of plain or roller bearings results in a much higher stiffness of the model rear part holder, which is necessary in order to achieve model stability on the other hand through the applied anti-resonances. Exactly defined model vibrations are impressed on the model rear part bracket via the hydraulic rotary or linear cylinders, which are in anti-resonance with the vibrations caused by the flow, so that the model ultimately adjusts itself smoothly. This also makes it possible to measure transient forces. It goes without saying that exactly defined model vibrations are impressed on the model rear handle mount. The available options include roll, pitch, yaw and lower vibrations.
Bei diesen Schwingungen kann also je nach Bedarf die Amplitude, Frequenz und die Funktion selbst verändert werden. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Modell-Heckstielhalterung ist es möglich, Manövereigenschaften von Flugzeugen, Raketen, Kraftfahrzeugen und dgl. bei größtmöglicher Steifheit der Modell-Heckstielhalterung im Windkanal zu simulieren. Dabei können die Bewegungsabläufe also vorher bestimmt und festgelegt werden, so daß die während eines Manövers in bekannter Weise ablaufen. Die Bewegungsabläufe können auch schrittweise nacheinander vollzogen werden. Die Druckflüssigkeitslager bringen eine wesentlich verbesserte Steifigkeit des Trägers. Diese Lager arbeiten praktisch spiel- und verschleißfrei und besitzen eine hohe Einstellgenauigkeit. Das im Druckflüssigkeitslager enthaltene Ölpolster verhindert die Übertragung von Körperschall auf das Modell. Auch Körperschall kann über die Meßelemente der Waage im Modell und die Aerodynamik des Modells zu fehlerhaften Meßergebnissen führen. Es versteht sich, daß zu jedem Druckflüssigkeitslager eine Druckquelle bzw. ein Anschluß zu einer Druckquelle gehört, damit über das elektro-hydraulische Regelventil die betreffenden Zylinder betätigt werden können, sei es ein Linearzylinder oder ein Drehzylinder, je nachdem um welche Bewegung es sich handelt.With these vibrations, the amplitude, frequency and the function itself can be changed as required. The inventive design of the model rear handle mount makes it possible to maneuver properties of aircraft, rockets, motor vehicles and To simulate the greatest possible stiffness of the model rear handle mount in the wind tunnel. The movement sequences can thus be determined beforehand, so that they take place in a known manner during a maneuver. The motion sequences can also be carried out step by step. The hydraulic fluid bearings bring a significantly improved rigidity of the carrier. These bearings work practically free of play and wear and have a high setting accuracy. The oil cushion contained in the hydraulic fluid bearing prevents the transmission of structure-borne noise to the model. Structure-borne noise can also lead to incorrect measurement results via the measuring elements of the scale in the model and the aerodynamics of the model. It goes without saying that a pressure source or a connection to a pressure source belongs to each hydraulic fluid bearing so that the cylinders in question can be actuated via the electro-hydraulic control valve, be it a linear cylinder or a rotary cylinder, depending on the movement involved.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles weiter beschrieben. In der Zeichnung ist eine schematische Darstellung der Modell-Heckstielhalterung wiedergegeben:The invention is further described using an exemplary embodiment. The drawing shows a schematic representation of the model rear handle mount:
Wesentliche Bestandteile des Trägers sind drei Teile 1, 2, 3, die teleskopisch ineinander verschiebbar gelagert sind. Der Teil 1 ist unverschieblich jedoch drehbar um eine Vertikalachse auf einer Aufnahmeplatte 4 gelagert. Die Lagerung umfaßt eine Schwalbenschwanzführung und einen Drehzylinder 5. Die Aufnahmeplatte 4 ist ihrerseits auf einer Grundplatte 6 mit Hilfe von Säulen 7 vertikal gelagert. Für die Einsteuerung der Vertikalbewegung ist ein oder mehrere Linearzylinder 8 vorgesehen. Die beschriebenen Teile sind vermittels Druckflüssigkeitslager 9 - je in spezieller Ausbildung - geführt und gehalten, so daß sie sich entsprechend gegeneinander bewegen können. Das Teil 1 des Trägers kann somit nur eine Drehbewegung ausführen. Das Teil 2 ist jedoch bereits in dem Teil 1 auf einem Halbkreisbogen verschiebbar gelagert. Hierzu dient ein Linearzylinder 10, dessen Kolbenstange durch einen Schlitz im Teil 1 hindurchgreift und an dem Teil 2 angelenkt ist. In dem Teil 2 bewegt sich der Teil 3 entsprechend dem Pfeil 11. Über einen Linearzylinder 12 ist diese Bewegung steuerbar.Essential parts of the carrier are three
Am freien Ende des Teiles 3 des Trägers ist ein Heckstiel 13 ebenfals mit Hilfe eines Druckflüssigkeitslagers 9 drehbar gelagert. Für den Drehantrieb des Heckstiels 13 relativ zu dem Teil 3 des Trägers ist ein Drehzylinder 14 vorgesehen. Mit Hilfe dieses Drehzylinders 14 kann der Heckstiel 13 um seine Längsachse gedreht werden, was einer Rollbewegung des Modells 15 entspricht, also eine Bewegung gemäß Pfeil 16. Das Modell 15 ist unter Zwischenschaltung einer Waage 17 an den Heickstiel 13 befestigt und aufgehängt. Es kann in den verschiedenen Raumrichtungen eingestellt, positioniert und verstellt werden. Durch Verstellung der Linearzylinder 10, 12 wird der Anstellwinkel 18 eingestellt bzw. verstellt, was einer Nickbewegung gemäß Pfeil 19 entspricht. Eine Verstellung des Drehzylinders 5 führt zur Einstellung des Schiebewinkels 20, also einer Gierbewegung gemäß Pfeil 21. Über den Linearzylinder 8 wird die Höhe des Modells gemäß Pfeil 22 eingestellt.At the free end of part 3 of the carrier, a
Auf dem Modell 15 bzw. in dem Modell sind ein oder mehrere Schwingungsaufnehmer 23 angeordnet, die die Aufgabe haben, infolge der Umströmung des Modells auftretende und erregte Schwingungen am Modell festzustellen. Über eine schematisch dargestellte Leitung 24 werden die Meßimpulse an eine Auswerte- und Steuereinrichtung 25 gegeben. Diese im allgemeinen elektronisch ausgebildete Einrichtung besitzt darüber hinaus einen Anschluß 26 für eine von einer Hydraulikquelle, einer Pumpe oder dgl. herangeführten Leitung. Hydraulische sowie elektrische Leitungen führen von der Auswerte-und Steuereinrichtung 25 zu Regelventilen 27, von denen nur zwei dargestellt sind. Es versteht sich, daß für jeden der Drehzylinder 5, 14 sowie die Linearzylinder 8, 10, 12 je ein Regelventil 27 vorgesehen ist. Über entsprechende Leitungen 28 werden die betreffenden Zylinder 5, 8, 10, 12, 14 mit Hydraulikflüssigkeit versorgt bzw. gesteuert. Über die beschriebene Einrichtung ist es möglich, die von der Umströmung des Modells 15 am Modell auftretenden Schwingungen mit den Schwingungsaufnehmern 23 zu messen und zu analysieren und sodann die Resonanzen auszusteuern, d.h. über eine entsprechende Betätigung der Regelventile 27 gezielt solche Antiresonanzen an dem Modell 15 zu erzeugen, daß sich die beiden Schwingungen gegenseitig aufheben und das Modell 15 in Ruhe steht. Dies ist der Fall, wenn stationäre Messungen durchgeführt werden sollen. Es ist aber auch möglich, instationäre Messungen durchzuführen, also die Zylinder 5, 8, 10, 12, 14 in einem bestimmten Bewegungsablauf, der über einen Prozeßrechner als Bestandteil der Auswerte- und Steuereinrichtung 25 gesteuert werden kann, zu betätigen. Auf diese Weise vollführt das Modell 15 ein bestimmtes Manöver und mit Hilfe der Waage 17 können die entsprechenden Kräfte und Belastungen gemessen werden.One or
- 1 = Teil1 = part
- 2 = Teil2 = part
- 3 = Teil3 = part
- 4 = Aufnahmeplatte4 = mounting plate
- 5 = Drehzylinder5 = rotary cylinder
- 6 = Grundplatte6 = base plate
- 7 = Säule7 = pillar
- 8 = Linearzylinder8 = linear cylinder
- 9 = Druckflüssigkeitslager9 = hydraulic fluid bearing
- 10 = Linearzylinder10 = linear cylinder
- 11 = Pfeil11 = arrow
- 12 = Linearzylinder12 = linear cylinder
- 13 = Heckstiel13 = rear handle
- 14 = Drehzylinder14 = rotary cylinder
- 15 = Modell15 = model
- 16 = Pfeil16 = arrow
- 17 = Waage17 = scales
- 18 = Anstellwinkel18 = angle of attack
- 19 = Pfeil19 = arrow
- 20 = Schiebewinkel20 = sliding angle
- 21 = Pfeil21 = arrow
- 22 = Pfeil22 = arrow
- 23 = Schwingungsaufnehmer23 = vibration sensor
- 24 = Leitung24 = line
- 25 = Auswerte- und Steuereinrichtung25 = evaluation and control device
- 26 = Anschluß26 = connection
- 27 = Regelventil27 = control valve
- 28 = Leitung28 = line
Claims (1)
- Holder for the rear stalk of a model for aerodynamic investigations on models in a wind tunnel, comprising a multi-part support, which has parts mounted telescopically displaceably on a circular arc, of which one serves to accommodate the model, characterized in that hydraulic rotary cylinders or linear cylinders (5, 8, 10, 12, 14) are provided for moving or setting the individual parts of the support, in that the model (15) is provided with a vibration pick-up (23), to which are assigned an evaluation and control device (25) and a control valve (26) connected upstream of each cylinder for the purpose of applying antiresonances to the model (15), and in that the parts of the support are mounted next to one another by means of hydraulic fluid bearings (9).
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